[发明专利]反铁磁性存储设备

说明书

技术领域

本发明涉及物理数据存储和计算的领域，且更具体地，本发明涉及在反铁磁性纳米结构中存储磁性信息的能力。

背景技术

将数字信息记录在磁性颗粒（magnetic grain）的磁性方向中的能力是信息技术设备中数据存储的核心。几十年来，在降低单个磁性元件的有效面积方面已有极显著的进步。该基本理念已被应用到磁性硬盘介质、磁带介质，且最近还被应用到固态实现，诸如自旋转移矩（spin-transfer torque）磁随机存取存储器。目前，所有这些设备使用磁性原子间的铁磁交互，所述磁性原子组成存储信息比特的有源器件元件。在磁盘和磁带驱动器中，磁性信息被磁阻传感器读取，磁阻传感器读取从铁磁比特发射的磁场。写入磁性元件是通过从写磁头创建强的局部化磁场而完成的。在固态磁性器件中，磁比特（magnetic bit）典型地是磁阻隧道结（magnetoresistive tunneling junction）的一部分，所述磁阻隧道结可用于读取和写入信息。

发明内容

根据一个实施例的反铁磁性纳米结构包括至少两个反铁磁耦合的磁性原子的阵列，其具有至少两种磁性状态，即使没有与外部结构的交互，所述磁性状态也可稳定至少一皮秒，所述阵列具有为零或接近零的净磁矩，其中所述阵列具有沿着其最长维度的100个或更少的原子。

根据一个实施例的原子尺度结构具有为零或接近零的净磁矩；两种或更多稳定磁状态；并具有一原子阵列，其具有在沿着一个或多个方向的相邻磁原子之间交替的磁矩。

根据一个实施例的反铁磁纳米结构包括多个阵列，每个阵列对应于一个比特，每个阵列具有至少8个反铁磁耦合的磁性原子，每个阵列具有至少两个可读的磁性状态，其会稳定至少一皮秒，每个阵列具有为零或接近零的净磁矩，其中没有外部稳定结构对阵列施加影响以稳定阵列，其中每个阵列具有沿着其最长维度的100个或更少的原子。

在又一个实施例中，一种系统，诸如磁性数据存储系统或存储器件，可包括如上所述的反铁磁性纳米结构和/或原子尺度的结构；以及至少一个用于转换和/或读取每个阵列的磁性状态的设备。

本发明的其他方面和实施例将从以下具体描述变得明显，所述描述结合附图作为示例说明了本发明的原理。

附图说明

图1A-1C是根据一个实施例的反铁磁耦合的磁性原子的阵列的图形描述。

图2是根据一个实施例的8个Fe原子的链的扫描隧道显微镜（STM）形貌图（topographic image）的图形表示。

图3是根据一个实施例通过使用STM的尖端进行磁性纳米结构的读取和写入操作的实现的图形描述。

图4A-4B是根据一个实施例的反铁磁耦合的磁性原子阵列的图形描述。

图5A是根据一个实施例的处于第一状态的反铁磁耦合的磁性原子阵列的图形描述。

图5B是根据一个实施例改变图5A的阵列状态的图形描述。

图5C是根据一个实施例处于第二状态的图5A的阵列的图形描述。

图6是根据一个实施例的共同基板上的反铁磁耦合的磁性原子的多个阵列的图形描述。

图7是根据一个实施例的共同基板上的反铁磁耦合的磁性原子的多个阵列的图形描述。

图8是根据一个实施例的共同基板上的反铁磁耦合的磁性原子的多个阵列的图形描述。

图9A-9B是根据一个实施例的在三个维度延伸的反铁磁耦合的磁性原子的阵列的图形描述。

图10是根据一个实施例通过使用STM的尖端进行磁性纳米结构的读取和写入操作的实现的图形描述。

图11A是根据一个实施例STM尖端放置在反铁磁耦合的原子阵列的末端原子上时作为时间函数的隧道电流的图。

图11B是根据一个实施例STM尖端放置在反铁磁耦合的原子阵列的末端原子上时作为时间函数的隧道电流的图。

图11C是示出根据一个实施例的在各种隧道电流电平上的切换率的图。

图11D是示出根据一个实施例的在各种电压电平上的切换率的图。

图12A是根据一个实施例的Fe原子的(2x6)和(2x4)阵列的图形描述。

图12B是根据一个实施例的(2xn)和(1xn)阵列中的FE和Cu₂N基板原子的原子位置的示意图。

图12C是用于图12A的阵列和图10的(1x8)阵列的停留时间（residence time）的阿仑尼乌斯（Arrhenius）曲线图。